电子垃圾拆解区域十溴联苯醚污染土壤的植物修复研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lubin_1985
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目前,由不规范的电子拆解作业引发的区域环境污染问题已引起国家高度重视。其中,对溴代阻燃剂多溴联苯醚(Polybrominated Diphenyl Ethers, PB DEs)引发的土壤污染问题的关注则是重中之重。开展典型电子拆解区域PBDEs污染土壤的修复研究显得尤为迫切,对确保国家生态环境安全和保障人体健康具有重要意义。本论文选取溴代阻燃剂十溴联苯醚(Decabromodiphenyl ether, BDE-209)为代表,在开发土壤环境中BDE-209的优化提取-净化-分离的测定方法基础上,考察了研究区域BDE-209的土壤污染状况;基于琼脂法,开展了系列梯度BDE-209污染胁迫下水稻幼苗的培养试验,筛选了BDE-209耐受水稻品种;同时采用根袋法,开展了利用不同植物修复BDE-209污染土壤的研究,并基于磷脂脂肪酸(PLFAs)等技术从根际微生物、酶及其一些土壤化学指标变化的角度探讨了利用植物修复BDE-209污染土壤的根际响应机制,旨在为开发典型电子垃圾拆解区域BDE-209污染土壤的植物修复方法提供理论和技术支撑。主要研究结果如下:(1)以BDE-209为目标污染物,在优化土壤样品中残留BDE-209的分析条件、对比不同净化柱、洗脱剂等萃取条件对BDE-209净化及回收效率的影响的基础上,建立了基于超声提取-固相萃取富集净化-GC-μECD测定土壤中残留BDE-209的分析方法,BDE-209平均回收率达到93.4%。在此基础上,选择了浙江典型电子拆解基地作为研究区域,在台州-温岭一带,即温岭市温峤镇桐山村、姆坑村、泽国镇和路桥区峰江街道安溶村、玉露洋村等地采集了土壤样品。基于已开发建立的BDE-209土壤残留分析方法,调查了BDE-209的土壤污染情况,发现研究区域内BDE-209残留介于49.9-1539.1μg kg-1之间,且以姆坑的土壤污染最为严重。(2)基于研究区域实地调研结果,采集了研究区域内BDE-209污染最为严重的姆坑村土壤作为盆栽土,采用当地主要植物西葫芦、高羊茅、紫云英、紫花首蓿、黑麦草、水稻秀水134,以及实验室内通过琼脂培养法从江浙一带代表性的四种中晚稻品种中筛选出的BDE-209耐性水稻品种—黄华占共计7种植物品种,对BDE-209污染土壤进行了修复研究。结果表明:在一个修复周期内,无论是老化污染土还是新制备污染土中BDE-209的含量都有所降低,无论种植植物还是未种植植物的情况下,老化污染土组土壤中BDE-209的消减率都高于新制备污染土;不同植物对土壤中BDE-209的消减作用在老化污染土和新制备污染土壤中也存在差异。在老化污染土中,各植物对土壤中BDE-209的消减率大小为:秀水134>黑麦草>黄华占>西葫芦>高羊茅>紫花苜蓿>紫云英,其中在种植秀水134的土壤中BDE-209的消减率达到52.87%。在新制备污染土中,各植物对土壤中BDE-209的消减率大小为:紫花苜蓿、黑麦草>黄华占>秀水134>紫云英>高羊茅>西葫芦,其中在种植紫花苜蓿土壤中BDE-209的消减率达到28.29%。进一步比较不同植物根际对BDE-209消减的促进作用发现,在老化污染土组中,以秀水134最佳;在新制备污染土组中,则以黑麦草最佳。(3)基于磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids, PLFAs)技术,分析了不同农艺管理措施下植物修复过程中根际土壤微生物群落结构的演变特征,结合对污染修复过程中关键土壤酶活性及碳、氮、铁相关指标动态变化的考察,探讨了利用植物修复BDE-209污染土壤的根际响应机制。结果表明,无论在老化污染土或是新制备污染土中,与无植物的对照相比,不同植物根际土壤中总PLFAs及特征脂肪酸均增加,表明种植植物后促进了根际微生物的生长。在此基础上对不同植物根际土壤中PLFAs进行PCA分析,发现PC1和PC2共同解释了微生物群落结构演替中52.6%的变异。同时通过BDE-209消减率与根际土壤PLFAs特征组分的相关性分析,结果发现:在污染老化土中,BDE-209的消减率与放线菌和环丙基脂肪酸呈显著负相关,与单不饱和脂肪酸呈显著正相关(p<0.05);在新制备污染土中,细菌、革兰氏阳性菌、单不饱和脂肪酸与BDE-209的总消减率呈显著正相关(p<0.05)。通过进一步研究根际土壤中BDE-209的消减行为与土壤中过氧化氢酶、脱氢酶、溶解性有机碳(DOC)、铁离子[Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)]、硝态氮、铵态氮之间的内在关系发现:在污染老化土中,BDE-209的消减率与过氧化氢酶的含量呈显著负相关;与脱氢酶、DOC、Fe(Ⅱ)呈极显著正相关,与铵态氮含量呈显著正相关;在新制备污染土中,BDE-209的消减率仅与Fe(Ⅲ)的含量呈显著正相关。
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